CADCAM前言專題講座

1、CAD/CAM前言專題CAD/CAM發(fā)展新動向論文-刀具磨損過程中的切削力特征研究論文- Prediction of Surface Roughness by Registering Cutting Forces in the Face Milling ProcessCAD/CAM技術(shù)概述CAD/CAM 技術(shù)以計算機及周邊設(shè)備和系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，它包括二維繪圖設(shè)計、三維幾何造型設(shè)計。是一種設(shè)計人員借助于計算機進行設(shè)計的方法。其特點是將人的創(chuàng)造能力和計算機的高速運算能力、巨大存儲能力和邏輯判斷能力有機地結(jié)合起來。CAD /CAM技術(shù)隨著Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)和并行高性能計算及事務(wù)處

2、理的普及，使異地、協(xié)同、虛擬設(shè)計及實時仿真技術(shù)在CAD/CAE/CAM中得到了廣泛應(yīng)用。CAD/CAM技術(shù)新發(fā)展CAD/CAM的新發(fā)展主要圍繞CAD/CAM的縱深發(fā)展、概念的拓展和工作環(huán)境的改善三個方面展開。縱深發(fā)展主要表現(xiàn)在功能的完善和水平的提高；概念的拓展主要表現(xiàn)在CAD/CAM向產(chǎn)品設(shè)計制造過程的各個環(huán)節(jié)的延伸、覆蓋面的不斷擴大；工作環(huán)境的改進與完善主要表現(xiàn)在并行技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、支持異地設(shè)計制造的CAD/CAM技術(shù)。1.1支持TOP-DOWN的CAD/CAM技術(shù)產(chǎn)品的設(shè)計過程實際上是從概念設(shè)計階段入手，逐階段確定并求解設(shè)計參數(shù)，直到詳細設(shè)計階段完全確定零件的設(shè)計參數(shù)，即自頂向下（To

3、p-down）的設(shè)計。支持TOP-DOWN的CAD/CAM技術(shù)首先應(yīng)進行功能分析，確定每個子功能的參數(shù)；其次進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定各子部件的關(guān)系；最后進行功能分析、裝配性和工藝性分析，返回修改不滿意之處，直到得到全局綜合指標(biāo)最優(yōu)。1.2支持DFx的CAD/CAM技術(shù)DFx（Design For X）代表了當(dāng)代的一種產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)，它能有效地運用于產(chǎn)品開發(fā)，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高、成本的下降和縮短設(shè)計周期。DFx具體包括有面向裝配的設(shè)計（DFA）、面向制造的設(shè)計（DFM）、面向服務(wù)的設(shè)計（DFS）、面向可靠性的設(shè)計（DFR）和面向檢測的設(shè)計（DFT ）等。1.3智能CAD/CAM技術(shù)隨著CAD/CAM技術(shù)

4、的發(fā)展，將人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)應(yīng)用于系統(tǒng)中，形成智能的CAD/CAM系統(tǒng)，使其具有人類專家的經(jīng)驗與知識，具有學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想和判斷功能及智能化的視覺、聽覺、語言能力，從而解決那些以前必須由人類專家才能解決的概念設(shè)計問題。智能化產(chǎn)品敏捷開發(fā)技術(shù)包括方案優(yōu)化智能子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化智能子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)分析智能子系統(tǒng)、產(chǎn)品詳細設(shè)計子系統(tǒng)、CAM智能子系統(tǒng)和智能化產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理模塊。1.4 并行工程并行工程是隨著CAD/CAM、CIMS技術(shù)發(fā)展提出的一種新哲理、新的系統(tǒng)設(shè)計方法。這種設(shè)計方法就是并行地、集成地開展產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)及加工制造。它要求產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計階段就考慮產(chǎn)品整個生命周期的所有要求，以便最大限

5、度地提高產(chǎn)品開發(fā)效率及一次成功率。并行工程的關(guān)鍵是用并行設(shè)計方法代替串行設(shè)計方法，實現(xiàn)信息的雙向流通。1.5 虛擬制造技術(shù)虛擬制造就是“在計算機中完成產(chǎn)品的制造任務(wù)”，即將產(chǎn)品制造過程中的實體和活動模型化，構(gòu)造虛擬世界，然后在這個虛擬世界中完成產(chǎn)品制造過程中的一切活動，通過虛擬制造來完成對產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計以及生產(chǎn)準(zhǔn)備等活動做全面的檢驗和評價，對產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)風(fēng)險做全面評估后再進行物理意義上的生產(chǎn)，以消除廢品生產(chǎn)和返工、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低風(fēng)險。虛擬制造不是產(chǎn)生物理意義上的產(chǎn)品，但產(chǎn)生有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計制造過程、過程控制與管理、產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)等所有信息。1.6 計算機集成制造計算機集成制造系統(tǒng)是隨著

6、計算機輔助設(shè)計與制造的發(fā)展而產(chǎn)生的。它是在信息技術(shù)自動化技術(shù)與制造的基礎(chǔ)上，通過計算機技術(shù)把分散在產(chǎn)品設(shè)計制造過程中各種孤立的自動化子系統(tǒng)有機地集成起來，形成適用于多品種、小批量生產(chǎn)，實現(xiàn)整體效益的集成化和智能化制造系統(tǒng)。集成化反映了自動化的廣度，智能化則體現(xiàn)了自動化的深度，它不僅涉及物資流控制的傳統(tǒng)體力勞動自動化，還包括信息流控制的腦力勞動的自動化 。1.7 支持異地設(shè)計制造的CAD/CAM技術(shù)計算機網(wǎng)絡(luò)已成為計算機發(fā)展進入新時代的標(biāo)志。所謂計算機網(wǎng)絡(luò)，就是用通信線路和通信設(shè)備將分散在不同地點的多臺計算機，按一定網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)連接起來。這些功能使獨立的計算機按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行通信，實現(xiàn)資源共享。

7、由于CAD/CAPP/CAM技術(shù)日趨成熟和敏捷制造理念的應(yīng)用，發(fā)展基于Internet網(wǎng)絡(luò)的適用于異地設(shè)計制造的CAD/CAM系統(tǒng)，可針對某一特定產(chǎn)品，將分散在不同地區(qū)的現(xiàn)有智力資源和生產(chǎn)設(shè)備資源迅速組合，建立動態(tài)聯(lián)盟的制造體系，以適應(yīng)全球化制造的發(fā)展趨勢。 Prediction of Surface Roughness by Registering Cutting Forces in the Face Milling Process基于端銑削力的表面粗糙度的預(yù)測一、研究背景及方法二、試驗方案設(shè)計三、試驗分析四、結(jié)論European Journal of Scientific Research

8、 2010一、研究背景及方法表面粗糙度是反映零件表面微觀幾何形狀特性的特征量，表面粗糙度越小，零件表面越光滑。表面粗糙度的大小對零件的使用性能有著很大影響，如影響零件的強度、耐磨性、耐腐蝕性、配合性質(zhì)的穩(wěn)定性等，因此它是機械加工質(zhì)量一個非常重要的評價指標(biāo)。本文基于表面粗糙度的成型機理，考慮銑削參數(shù)和材料的物理特性，使用統(tǒng)計學(xué)設(shè)計方法，提出一種新的預(yù)測表面光潔度的方法。二、實驗方案設(shè)計本實驗中最重要的就是確定面響應(yīng)法（SRM）的步驟，主要考慮了四個因素：主軸轉(zhuǎn)速（X1），進給量（X2），切深（X3），測力儀所測的切削力（X4），輸出響應(yīng)變量為表面粗糙度（Ra）。實驗使用了粗糙度測量儀測量工件的表

9、面粗糙度，并將它與刀具相連。實驗布局面響應(yīng)法（SRM）SRM是一個統(tǒng)計和數(shù)學(xué)方法的統(tǒng)稱，用于模擬和優(yōu)化加工過程。由于響應(yīng)受許多參數(shù)的影響，目前這項技術(shù)的主要目的是優(yōu)化用于響應(yīng)。SRM還可以記錄可控參數(shù)并存儲響應(yīng)。一般來說，研究SRM和通常確定變量之間的相關(guān)性和估計的變量時，我們都需要開發(fā)一個多元回歸模型。三、試驗數(shù)據(jù)分析ap=0.25mmap=0.75mmap=1.25mm實驗結(jié)論圖2、3、4表示進給量（vf）和主軸轉(zhuǎn)速（n）對表面粗糙度（Ra）的影響。從圖中可知，當(dāng)進給量和切深保持不變，改變主軸的旋轉(zhuǎn)速度，就會得到不同的表面粗糙度。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速n=1500 r/min，進給量vf =304 m

10、 /min，切深從0.25mm變化到 1.25mm，然而表面粗糙度卻從2.40um減少到2.10um.當(dāng)切深保持不變時，表面粗糙度與進給量成比例增加?？紤]了不同的切深和主軸轉(zhuǎn)速，圖5顯示了切削力對表面粗糙度的影響。我們可以看出：切削深度增大，就需要更大的切削力去切除表面金屬材料。由于刀具和加工工件接觸面積的增加，因此切削力受切削深度的影響。正如圖5所示，隨著主軸轉(zhuǎn)速增加，刀具和工件接觸區(qū)域切削深度的減少，切削力和表面粗糙度都減小。四、本文結(jié)論本文用多元回歸數(shù)值模型詳細分析了表面粗糙度(Ra)，并通過銑削實驗得出以下結(jié)論： (1)實驗過程中銑削加工參數(shù)必須保證切削力的穩(wěn)定性(2)將試驗參數(shù)與試驗

11、所獲得的切削力結(jié)合起來對多元 回歸模型分析有利(3)不論是表面粗糙度，還是在其他制造領(lǐng)域，Lous 的結(jié)論對多元回歸模型分析的發(fā)展有重要的指導(dǎo)意義(4)由實驗可知，進給量對表面粗糙度的影響較大刀具磨損過程中的切削力特征研究一、研究背景及方法二、試驗方案設(shè)計三、試驗分析四、結(jié)論工藝與檢測 張家梁等 2010（5）一、研究背景及方法隨著加工過程自動控制技術(shù)的發(fā)展，切削力己成為適應(yīng)和控制切削過程的一個重要反饋參數(shù)。切削力的變化直接決定著切削熱的產(chǎn)生、分布，并影響刀具的磨損狀況和使用壽命，進而影響工件被加工表面的加工精度和已加工表面質(zhì)量。另一方面，刀具的磨損量不僅對切削力的大小有影響，而且是影響加工工

12、件精度和表面質(zhì)量的重要因素，嚴重的刀具磨損還會引起切削顫振，損壞制造系統(tǒng)等。研究刀具磨損過程中的切削力特征具有一定的現(xiàn)實意義，能為刀具磨損狀態(tài)監(jiān)測提供一定的理論依據(jù)。二、實驗方案設(shè)計本文主要考慮在工藝參數(shù)不變的情況下，同一刀具在不同磨損狀態(tài)下對切削力的影響。測量系統(tǒng)由三維力測量儀、PCI一9118數(shù)據(jù)采集卡、電荷放大器、PC機等構(gòu)成，如圖所示。三、實驗分析3.1切削力穩(wěn)態(tài)分量分析上圖顯示Fx和Fy的穩(wěn)態(tài)分量隨刀具磨損的變化情況，從中可以看出Fx和Fy的穩(wěn)態(tài)分量變化是一致的，開始都隨磨損量的增加而增加，但進入后期磨損階段后隨磨損量的增加而變小；而Fz恰恰相反。另外，刀具磨損VB值為0.1 mm到

13、VB值為0.4 mm過程中，切削力變化不大，這與切削參數(shù)有很大的關(guān)系。從理論上，在刀具的磨損過程中，后刀面的磨損會使切削力變大，但前刀面的磨損會使切削力變小。3.1切削力穩(wěn)態(tài)分量分析3.2 動態(tài)切削力分析(1)動態(tài)切削力傅立葉分析將得到的四組切削力數(shù)據(jù)減去其平均值得到其動態(tài)切削力，再利用MATLAB軟件編制快速傅立葉變化(FFT)程序，將每種刀具狀態(tài)的Fx、Fy、Fz三個方向動態(tài)切削力進行快速傅立葉變化(FFT)，得到其頻譜幅圖。因此，可以考慮將13.96kHz的譜幅值作為判斷刀具磨損的特征量，即可認為當(dāng)14 kHz的譜幅值超過某一閾值時，刀具已經(jīng)嚴重磨損。應(yīng)該指出，切削力的頻譜特性必然與切削條件及刀具一工件一機床加工系統(tǒng)的振動模態(tài)有關(guān)，如果切削條件和加工系統(tǒng)不同，則其頻譜特征將有區(qū)別。(2)動態(tài)切削力功率譜分析對切削力信號進行功率譜分析可以在有限切削力數(shù)據(jù)頻域內(nèi)提取被淹沒在噪聲中的有用信號，從而得到有用頻率內(nèi)的能量情況。經(jīng)典功率譜估計法是由Fourier變換作為理論基礎(chǔ)的。即對給定的有限長的觀測序列并X(w) (0nN-1)，作Fourier變換可得到周期圖In(w)，即序列X(w)真實功率譜估計的計算公式為將四組切削力數(shù)據(jù)進行功率譜分析，得到其1300015000Hz頻段的平均能量隨刀具磨損狀態(tài)變化情況